一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀的製作方法
2023-12-09 23:56:41
專利名稱：一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣體檢測分析技術領域。涉及一種具有溫溼補償功能的氣體檢測分析儀，特別用於礦井中的兩種主要易燃易爆氣體CO，CH4等還原性氣體及其混合氣體的檢測、識別和量化。
背景技術：
目前使用的氣體檢測儀器多為僅針對一種氣體，溫度溼度補償多為採用差分對法實現，即採用一個與所用氣體傳感器完全相同的、不對環境氣體響應而僅受溫度和溼度影響的傳感器，與實際氣體傳感器的相應信號構成差分電路的兩端從而將溫溼度的影響排除。目前該種結構對溫度的影響比較容易實現，只要將傳感器密封即可，但是對溼度的補償就比較困難，需要製作一種僅允許水分子通過的分子隔離篩，因而導致溼度補償的複雜性，從而增加成本。電子鼻是近年來提出的使用氣體傳感器陣列，結合模式識別方法(如人工神經網絡法)識別和量化多種氣體以及混合氣體的儀器，其困難在於尋找一種合適的算法來完成陣列信號的信息融合任務。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠實時監測環境的溫度溼度變化，從而對儀器進行實時的溫溼度補償，精確的給出被測氣體中CO和CH4的濃度的具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀。
本發明的技術解決方案是，該氣體檢測分析儀採用4個氣敏元件，一個溼敏元件和溫敏元件組成一個環境敏感探頭，氣體傳感器陣列以及溼敏和溫敏元件後分別外接相應的信號調理電路，模數轉換電路然後連接信息控制和處理單元，由信息處理單元完成對環境溫度溼度的量化和對原始氣體成分的識別、量化、補償。通過選擇不同敏感特性的傳感器組成陣列使電子鼻對待測氣體針對性強。該氣體檢測分析儀採用主成分分析和人工神經網絡相結合的方法作為信號處理單元的基礎，所用電路均為目前現有技術，容易實現，可以根據不同氣體選擇對該類氣體敏感的傳感器，外加合適精度的溼度傳感器和溫度傳感器，因而該氣體檢測分析儀具有較強的氣體識別和分析以及抗幹擾能力。
本發明的整個系統包括傳感器陣列、採樣電路、多路開關、控制中心、對氣體傳感器的加熱控制單元、存儲數據的E2PROM、控制面板、RS232微機接口、環境信息LCD顯示、超限報警的報警電路。本發明中，傳感器陣列包括多個氣體傳感器、一個溼度傳感器和一個溫度傳感器。控制中心由單片機實現，主要包括A/D轉換、信號預處理、信息融合及溫溼補償技術。採用的氣體傳感器數目由被測氣體中所含的氣體成分數目決定，一般要大於被測氣體成分數目，由加熱模式決定。本發明的中心思想是，將溫度、溼度傳感器的信號看作與氣體傳感器等同的信號，同時作為信號處理部分的輸入信號，信號處理單元的輸出信號為環境的溫度、溼度以及被測氣體的濃度，信號處理流程如圖2所示，主要應用了主成分分析法PCA作為信號預處理和降維的方法，使用BP神經網絡作為信息融合算法，從而得到環境中氣體和溫溼度的變化。
本發明所達到的有益效果是，能夠實時監測環境的溫度溼度變化，從而對儀器進行實時的溫溼度補償，精確的給出被測氣體中CO和CH4的濃度。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的氣體檢測分析儀框圖。
圖2是本發明的數據處理框圖。
圖3是本發明的氣體分析儀電路原理圖。
具體實施例方式
本氣體檢測分析儀具體製作時使用了中國電子科技集團第49研究所研製的金屬氧化物氣體傳感器，高分子薄膜溼敏電容元件和溫敏元件Pt1000組成檢測探頭，氣體傳感器的採樣電路為單臂電橋電路，溼敏元件的測量採用555振蕩器作為主要元件將電容變化轉換成頻率變化使用單片機檢測實現，Pt1000採用單臂電橋電路實現，由MSP430F149型號的單片機實現A/D轉換，信息融合和控制。氣體傳感器的加熱電路部分採用穩壓控制模塊LM317配合數字電位器實現2V-5V之間的可程控電壓轉換，可以採用恆定溫度加熱，也可以採用溫度調製模式給傳感器加熱。固定區域監測時，使用220V交流電外接整流器接入儀表，外出便攜時，用鋰電池供電。時間顯示採用DS2000ELP時鐘模塊，具有內部集成電源，可獨立工作，經軟體編程設置或讀取其內部時間。存儲器使用2M的EEPROM存儲，可以存儲連續7天的監測數據，採用速率為1.7s。採用MAX3221實現單片機和PC機RS232口的電平轉換。液晶顯示部分採用4*16字符的液晶，用於顯示溫度，溼度，CO，CH4氣體的濃度和時間信息。
權利要求
1.一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，包括控制和信息融合中心電路及分別與之相連的氣體傳感器檢測電路、溫度檢測電路、溼度檢測電路、LCD顯示電路、聲光報警電路、數據存儲電路、與PC機通信接口電路、時鐘電路、加熱控制電路及電源電路，所述的加熱控制電路能夠實現氣體傳感器恆溫、調製溫度工作模式。
2.根據權利要求1所述的一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，所述的控制和數據融合中心由MSP430F149單片機實現，氣體傳感器的加熱電路部分採用穩壓控制模塊LM317配合數字電位器實現2V-5V之間的可程控電壓轉換，時間顯示採用DS2000ELP時鐘模塊，存儲器使用2M的EEPROM存儲，採用MAX3221實現單片機和PC機RS232口的電平轉換，液晶顯示部分採用4*16字符的液晶，用於顯示溫度，溼度，CO，CH4氣體的濃度和時間信息，氣體傳感器和溫度檢測電路採用單臂電橋實現，溼度檢測電路採用555振蕩器組成電容-頻率轉換電路檢測實現。
3.根據權利要求1所述的一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，數據融合採用主成分分析和BP神經網絡相結合的數據融合算法，將溫度、溼度、和氣體傳感器信號歸一化後採用主成分分析法壓縮和特徵提取，然後使用BP神經網絡識別和量化，轉化成被測氣體的濃度和環境溫溼度信息，BP神經網絡的參數採用離線訓練得到。
4.根據權利要求1或2所述的一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，採用溫度調製模式給傳感器加熱。
5.根據權利要求1或2所述的一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，採用恆定溫度加熱。
6.根據權利要求1或2所述的一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，外出便攜時，使用鋰電池供電。
7.根據權利要求1或2所述的一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀，其特徵在於，固定區域監測時，使用220V交流電外接整流器接入儀表。
全文摘要
一種具有溫溼補償功能的可攜式氣體檢測分析儀屬於氣體檢測分析技術領域。公開了一種具有溫溼補償功能的可攜式CO和CH
文檔編號G12B7/00GK1588030SQ20041007154
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月9日 優先權日2004年7月9日
發明者唐禎安, 魏廣芬, 焦培勝, 申爽, 張洪泉, 範茂軍 申請人:大連理工大學, 中國電子科技集團公司第四十九研究所